一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法与流程

本发明属于反渗透膜制备，具体涉及一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法。

背景技术：

1、水资源危机尤其是干净饮用水资源短缺是人类面临的重要难题之一。反渗透膜分离技术作为高效的脱盐手段，目前已广泛应用于海水与苦咸水淡化、废水资源化等水处理领域。与传统的多效蒸发、多级闪蒸等热法脱盐手段相比，反渗透膜分离技术具有低能耗、操作简单、占地面积小、成本低等优势，被认为是最主流的脱盐手段之一。反渗透膜分离技术的核心是反渗透膜材料。目前市场上应用最广泛的反渗透膜是芳香聚酰胺复合反渗透膜。选择透过性能（通量和截留率）是评价反渗透膜的两个基本指标，在很大程度上决定反渗透膜分离技术的可行性和经济可行性。当产水水量一定时，更高通量的反渗透膜所需的运行压力更小，从而所需能耗更低。提高膜的截留率可以保证高的产水水质，进而降低用于提高产水水质的预处理或后处理成本、降低能耗。然而长期以来，提高反渗透膜通量时，往往会导致截留率下降，而提高截留率时，往往会导致通量下降，即反渗透膜通量与截留率此消彼长（trade-off效应），难以两全。因此，许多研究致力于同时提高膜的通量和截留率，或者在不牺牲截留率的前提下提高分离膜的水通量。

2、芳香聚酰胺复合反渗透膜是由芳香聚酰胺超薄分离层和多孔基膜支撑层复合而成，因此可以通过独立优化支撑层或分离层，以获得优异的膜性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，操作简单，成本低，在保留反渗透的截留率的同时，提高了膜的通量。

2、一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，通过将二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒添加于基膜铸膜液中改性基膜来制备反渗透膜。

3、优选地，一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜，包括以下步骤：

4、（1）制备二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒；

5、（2）将所述二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒、聚砜、n-n二甲基乙酰胺混合，得到基膜铸膜液，静置脱泡；将所述基膜铸膜液刮涂于聚酯无纺布上，然后浸入去离子水中制得二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性的基膜；

6、（3）将步骤（2）得到的基膜先浸润于水相溶液中20-40s，再浸润于油相溶液中20-40s，然后在70-90℃热处理4-6min，用去离子水清洗，得到芳香聚酰胺复合反渗透膜。

7、优选地，制备二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒具体如下：将硅溶胶、苯胺溶于去离子水配制苯胺/二氧化硅水溶液，然后用盐酸调节其ph至2-3，搅拌1-1.5h，将过硫酸铵水溶液滴入其中，反应10-16h，离心洗涤，干燥，得到二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒。

8、优选地，所述过硫酸铵水溶液的质量浓度为10-15%；所述苯胺/二氧化硅水溶液中，苯胺的质量浓度为0.3-0.5%，硅溶胶与苯胺的质量比为10:1；所述苯胺与过硫酸铵的质量比为1：（1-1.5）。

9、优选地，步骤（2）中，所述基膜铸膜液的重量按照100%计，各组分的含量如下：二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒0.1-0.5%、聚砜18%、n-n二甲基乙酰胺81.5-81.9%。

10、优选地，步骤（2）中，制膜温度和相对湿度分别控制在30±5℃和30±5%。

11、优选地，所述水相溶液为甲苯二胺、三乙胺、樟脑磺酸和水的混合溶液。

12、优选地，所述水相溶液中，按照重量比100%计，各组分的含量如下：甲苯二胺2-3%、三乙胺1.1-1.5%、樟脑磺酸2.6-3%，余量为水。

13、 优选地，所述油相溶液为0.06-0.18 wt%的均苯三甲酰氯的正庚烷溶液。

14、本发明在基膜成膜过程中，高度亲水的二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒会自发向水中扩散，一部分纳米颗粒会扩散进水中，起到“致孔”作用，有助于基膜表面孔隙率提高，提高基膜表面孔隙率可缩短反渗透膜分离层中有效传递路径，从而利于膜通量的提高；另一部分纳米颗粒会镶嵌在基膜表面，添加的聚苯胺与水相单体可通过氢键作用限制在界面聚合过程中水相单体向有机相扩散，使反渗透膜分离层变得更为致密且更薄，从而利于膜通量和截留率的提高。综上所述，利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜，可同时提高反渗透膜通量和截留率。

15、本发明的优点：

16、（1）本发明通过对基膜进行二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性，提高了反渗透膜的截留率和通量，制备过程简单，易于实施，成本低等；

17、（2）本发明不仅限于对芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备，而且也适用于制备其它高选择透过性能性能界面聚合分离膜。

技术特征：

1.一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：通过将二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒添加于基膜铸膜液中改性基膜来制备反渗透膜。

2.根据权利要求1所述一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：制备二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒具体如下：将硅溶胶、苯胺溶于去离子水配制苯胺/二氧化硅水溶液，然后用盐酸调节其ph至2-3，搅拌1-1.5h，将过硫酸铵水溶液滴入其中，反应10-16h，离心洗涤，干燥，得到二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒。

4.根据权利要求3所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：所述过硫酸铵水溶液的质量浓度为10-15%；所述苯胺/二氧化硅水溶液中，苯胺的质量浓度为0.3-0.5%，硅溶胶与苯胺的质量比为10:1；所述苯胺与过硫酸铵的质量比为1：（1-1.5）。

5.根据权利要求4所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述基膜铸膜液的重量按照100%计，各组分的含量如下：二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒0.1-0.5%、聚砜18%、n-n二甲基乙酰胺81.5-81.9%。

6.根据权利要求5所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：步骤（2）中，制膜温度和相对湿度分别控制在30±5℃和30±5%。

7.根据权利要求6所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：所述水相溶液为甲苯二胺、三乙胺、樟脑磺酸和水的混合溶液。

8.根据权利要求7所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：所述水相溶液中，按照重量比100%计，各组分的含量如下：甲苯二胺2-3%、三乙胺1.1-1.5%、樟脑磺酸2.6-3%，余量为水。

9.根据权利要求8所述利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，其特征在于：所述油相溶液为0.06-0.18 wt%的均苯三甲酰氯的正庚烷溶液。

技术总结
本发明公开一种利用二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性基膜制备高性能反渗透膜的方法，通过将二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒添加于基膜铸膜液中改性基膜来制备反渗透膜；具体包括以下步骤：（1）制备二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒；（2）将所述二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒、聚砜、N‑N二甲基乙酰胺混合，得到基膜铸膜液，静置脱泡；将所述基膜铸膜液刮涂于聚酯无纺布上，然后浸入去离子水中制得二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性的基膜；（3）将基膜先浸润于水相溶液中20‑40s，再浸润于油相溶液中20‑40s，然后在热处理4‑6min，用去离子水清洗即可。本发明通过对基膜进行二氧化硅/聚苯胺纳米颗粒改性，提高了反渗透膜的截留率和通量。

技术研发人员：董晨曦,马天奇,杨添麒,王丹丹,司小明,王珂,吕雷,张淑侠,高愈知,黄子萌,秦妞妞
受保护的技术使用者：陕西延长石油（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16